光学学报, 2020, 40 (16): 1630001, 网络出版: 2020-08-07   

基于高频参考光的频分复用技术实现强干扰下的气体浓度测量 下载: 818次

Measurement of Gas Concentration Under Strong Interference by Frequency Multiplexing Based on High-Frequency Reference Signal
作者单位
1 东南大学能源与环境学院, 江苏 南京 210096
2 南京邮电大学通信与信息工程学院, 江苏 南京 210023
图 & 表

图 1. 光强信号。(a)无干扰的光强信号;(b)有干扰(f=1 kHz)的光强信号;(c)修正后的光强信号

Fig. 1. Light intensity signals. (a) Interference-free light intensity signal; (b) interference (f=1 kHz) light intensity signal; (c) corrected light intensity signal

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图 2. 光强信号在一倍频处的频谱(f=1 kHz)。(a)整体图;(b)细节图

Fig. 2. Spectra of light intensity signal at fundamental frequency (f=1 kHz). (a) Overall view; (b) detailed view

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图 3. 光强信号在二倍频处的频谱(f=1 kHz)

Fig. 3. Spectra of light intensity signal at double-frequency (f=1 kHz)

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图 4. 仿真得到的归一化的二次谐波信号及残差(f=1 kHz)。(a) 2f/1f信号;(b) 2f/1f信号的残差

Fig. 4. Normalized second harmonic signal and residual obtained by simulation (f=1 kHz). (a) 2f/1f signal; (b) residual of 2f/1f signal

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图 5. 光强信号。(a)无干扰的光强信号;(b)有干扰(f=8 kHz)的光强信号;(c)修正后的光强信号

Fig. 5. Light intensity signals. (a) Interference-free light intensity signal; (b) interference (f=8 kHz) light intensity signal; (c) corrected light intensity signal

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图 6. 光强信号在一倍频处的频谱(f=8 kHz)。(a)整体图; (b)细节图

Fig. 6. Spectra of light intensity signal at fundamental frequency (f=8 kHz). (a) Overall view; (b) detailed view

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图 7. 光强信号在二倍频处的频谱(f=8 kHz)

Fig. 7. Spectra of light intensity signal at double-frequency (f=8 kHz)

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图 8. 仿真得到的归一化二次谐波信号及残差(f=8 kHz)。(a) 2f/1f信号;(b) 2f/1f信号的残差

Fig. 8. Normalized second harmonic signal and residual obtained by simulation (f=8 kHz). (a) 2f/1f signal; (b) residual of 2f/1f signal

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图 9. 干扰频率不同时甲烷的物质的量分数及其误差

Fig. 9. Molar fraction and its error of methane at different interference frequencies

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图 10. 仿真得到的未修正时甲烷的物质的量分数

Fig. 10. Simulated molar fraction of methane without correction

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图 11. 仿真得到的修正后的甲烷的物质的量分数

Fig. 11. Simulated molar fraction of methane with correction

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图 12. 实验系统示意图

Fig. 12. Schematic of experimental system

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图 13. 实验中的干扰信号(f=1 kHz)

Fig. 13. Interference signal in experimental (f=1 kHz)

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图 14. 实验得到的归一化的二次谐波信号及残差(f=1 kHz)。(a) 2f/1f信号; (b) 2f/1f信号的残差

Fig. 14. Normalized second harmonic signal and residual obtained by experiment (f=1 kHz). (a) 2f/1f signal; (b) residual of 2f/1f signal

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图 15. 实验中的干扰信号(f=8 kHz)

Fig. 15. Interference signal in experiment (f=8 kHz)

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图 16. 实验得到的归一化二次谐波信号及残差(f=8 kHz)。(a) 2f/1f信号;(b) 2f/1f信号的残差

Fig. 16. Normalized second harmonic signal and residual obtained by experiment (f=8 kHz). (a) 2f/1f signal; (b) residual of 2f/1f signal

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图 17. 实验得到的未修正时甲烷的物质的量分数

Fig. 17. Measured molar fraction of methane without correction

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图 18. 实验得到的修正后的甲烷的物质的量分数

Fig. 18. Measured molar fraction of methane with correction

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表 1不同干扰频率范围时的实验温度

Table1. Experimental temperature at different interference frequency ranges

Interference frequencyrange /kHzTemperature /℃Interference frequency range /kHzTemperature /℃Interference frequency range /kHzTemperature /℃
0--0.219.10--3.619.30--7.019.3
0--0.419.10--3.819.30--7.219.3
0--0.619.10--4.019.20--7.419.3
0--0.819.10--4.219.20--7.619.3
0--1.019.10--4.419.20--7.819.3
0--1.219.20--4.619.20--8.019.3
0--1.419.10--4.819.30--8.219.4
0--1.619.10--5.019.30--8.419.4
0--1.819.10--5.219.30--8.619.4
0--2.019.20--5.419.30--8.819.3
0--2.219.20--5.619.30--9.019.4
0--2.419.20--5.819.40--9.219.4
0--2.619.20--6.019.40--9.419.4
0--2.819.20--6.219.40--9.619.4
0--3.019.30--6.419.40--9.819.4
0--3.219.30--6.619.40--10.019.4
0--3.419.30--6.819.4

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连久翔, 周宾, 王一红, 李剑. 基于高频参考光的频分复用技术实现强干扰下的气体浓度测量[J]. 光学学报, 2020, 40(16): 1630001. Jiuxiang Lian, Bin Zhou, Yihong Wang, Jian Li. Measurement of Gas Concentration Under Strong Interference by Frequency Multiplexing Based on High-Frequency Reference Signal[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(16): 1630001.

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